《Polymers》：Sustainable Rubberized RCC Using Locally Sourced Waste Rubber Tire Powder and GGBFS-Based Binder
编辑推荐：
研究人员调查了碾压混凝土（RCC），其中细骨料被废弃橡胶轮胎粉（WRTP）按体积比0-16%替代，使用了含有40%粒化高炉矿渣粉（GGBFS）的粘结剂。研究人员评估了新鲜状态、力学性能、传输性能、微观结构和环境方面。虽然WRTP降低了工作性、密度和超声波脉冲速
研究人员调查了碾压混凝土（RCC），其中细骨料被废弃橡胶轮胎粉（WRTP）按体积比0-16%替代，使用了含有40%粒化高炉矿渣粉（GGBFS）的粘结剂。研究人员评估了新鲜状态、力学性能、传输性能、微观结构和环境方面。虽然WRTP降低了工作性、密度和超声波脉冲速度（UPV），但UPV值仍保持在“优秀”分类范围内。在所研究的混合物中，2%的WRTP提供了最有利的整体性能，将28天抗压强度从26.6 MPa提高到28.2 MPa，90天抗压强度从31.1 MPa提高到37.8 MPa，抗弯强度从3.33 MPa提高到3.47 MPa，劈裂抗拉强度从1.81 MPa提高到2.37 MPa。2% WRTP混合物还将二次毛细吸收系数降低了约32.3%，从0.00127 mm/√s降至0.00086 mm/√s。较高的WRTP含量逐渐降低了抗压强度和静态弹性模量，而抗弯强度受到的影响相对较小。SEM/EDS观察显示，在较高WRTP含量下，界面空隙和间断性更加明显，与观察到的性能下降一致。简化的摇篮到大门隐含碳评估表明，40% GGBFS粘结剂替代是估计碳减排的主要贡献者，参考混合物和2% WRTP混合物的隐含碳分别比假设的纯水泥RCC基线低约33.4%和33.1%。此外，2% WRTP混合物每立方米掺入了6.43 kg来自废弃轮胎的橡胶，提供了额外的废物利用效益。总体而言，在所研究的条件下，低WRTP掺入（特别是2%）与基于GGBFS的粘结剂相结合，在工程性能、降低隐含碳和废物利用之间提供了有利的平衡。
全球人口增长与工业化加速导致建筑材料和副产品废物大量产生，其中废橡胶轮胎因其高产量和不可生物降解性成为严峻环境挑战。每年超过15亿条轮胎报废，大量未处理堆放占用土地，其含有的有毒金属威胁土壤和地下水，并增加火灾风险。利用废橡胶替代天然骨料是可持续策略的重要方向，但废橡胶在刚性路面尤其碾压混凝土（RCC）中的应用研究不足，现有研究多采用碎橡胶或橡胶屑，且替代率间隔较大，缺乏对细粉形式、精细间隔低至中等替代率的系统评估，同时鲜有同时涵盖新鲜行为、力学-物理性能与微观结构证据的综合实验框架。此外，辅助胶凝材料如粒化高炉矿渣粉（GGBFS）可降低碳足迹并改善耐久性，但GGBFS与废橡胶粉在RCC中的协同效应尚未充分探索。该研究发表于《Polymers》。
研究人员针对上述问题，开展了系统的多尺度实验研究，利用本地来源的废弃橡胶轮胎粉（WRTP）以0%、2%、4%、8%和16%的体积比替代细骨料，在固定粘结剂（含40% GGBFS）的RCC体系中评估其影响。研究旨在为WRTP改性RCC的工程性能与环境影响提供依据。
主要技术方法包括：Ve-Be一致性测试评估新鲜工作性；密度测定；超声波脉冲速度（UPV）测试评估内部均匀性；抗压强度、抗弯强度、劈裂抗拉强度、静态弹性模量等力学性能测试；毛细吸水测试评估传输性能；吸水率-孔隙率测试；SEM/EDS微观结构分析；以及基于文献隐含碳系数（ECF）的简化摇篮到大门隐含碳评估。统计方法采用单因素、双因素及Welch方差分析（ANOVA），结合Tukey或Games-Howell事后检验（α=0.05）。材料来源：WRTP取自当地轮胎回收设施，GGBFS源自当地工业副产品。
研究结果如下：
3.1 Ve-Be Test：通过Ve-Be测试，研究人员发现WRTP掺量增加导致Ve-Be时间系统增加，16% WRTP混合物较参考组增加约74%，表明工作性显著降低。Pearson相关性分析显示WRTP含量与工作性丧失呈强正相关（r=0.981，p<0.01）。
3.2 Density：密度随WRTP掺量增加而降低，28天与90天趋势一致，16% WRTP混合物密度较参考组分别降低6.7%和7.0%。双因素ANOVA显示WRTP含量和龄期均有显著影响（p<0.0001），但无交互作用。
3.3 UPV and Compressive Strength：UPV值随WRTP增加而降低，但所有混合物在各龄期均处于“优秀”范围（>4.5 km/s）。抗压强度在2% WRTP时达到最高，28天强度从26.6 MPa增至28.2 MPa，90天强度从31.1 MPa增至37.8 MPa；超过2%后强度逐渐下降，16%时降低约46.7%（28天）。SEM/EDS观察显示，16% WRTP混合物中橡胶-浆体界面存在更多空隙和间断性，而2% WRTP混合物界面相对连续，碳含量局部增加（从参考组6.22 wt%增至12.64 wt%和53.43 wt%），与强度趋势一致。
3.4 Splitting Tensile Strength：劈裂抗拉强度在所有WRTP掺量下均呈数值增加，2%时较参考组提高30.94%（1.81至2.37 MPa），但Welch ANOVA显示整体无统计显著差异（p=0.772），可能与劈裂试验的高变异性和局部缺陷有关。
3.5 Flexural Strength：抗弯强度在2% WRTP时略增4.2%（3.33至3.47 MPa），之后随WRTP增加而降低，16%时降低10.8%，但单因素ANOVA显示无统计显著差异（p=0.327），表明抗弯强度对WRTP掺入不敏感，可能与WRTP的微纤维桥接作用有关。
3.6 Capillary Water Absorption：二次毛细吸收系数在2% WRTP时显著降低32.3%（0.00127至0.00086 mm/√s），Tukey事后检验显示与参考组差异显著（p=0.016）。初始吸收系数在高WRTP（≥8%）时降低，但4%时略有增加，表明WRTP可能改变毛细通路连通性。
3.7 Porosity and Water Absorption：孔隙率和吸水率在2% WRTP时达到最低值，28天较参考组分别降低11.8%和10.8%，但统计上不显著（p=0.067）。16% WRTP时孔隙率显著增加52.2%，吸水率增加63.4%。90天时2% WRTP仍保持最低，且线性回归表明孔隙率与吸水率强相关（R2>0.97）。
3.8 Static Modulus of Elasticity：静态弹性模量随WRTP掺量增加而单调降低，2%时仅降低2.3%（13.65至13.34 GPa），与参考组统计上无显著差异（p=0.879）；4%及以上时降低显著（p<0.05），16%时降低24.9%。抗压强度与弹性模量呈非线性强相关（R2=0.94）。
3.9 Simplified Embodied Carbon and Waste Diversion Assessment：简化隐含碳评估表明，40% GGBFS替代是碳减排主要贡献者，参考混合物和2% WRTP混合物的隐含碳分别较纯水泥基线降低约33.4%和33.1%。2% WRTP混合物每立方米利用6.43 kg废橡胶，提供了废物利用效益，但WRTP本身对隐含碳影响甚微。
总结讨论部分，研究人员翻译研究结论如下：本研究评估了WRTP以0%、2%、4%、8%和16%体积替代细骨料对含40% GGBFS的RCC新鲜行为、力学性能、物理与传输性能及微观结构的影响，并进行了简化隐含碳与废物利用评估。主要结论包括：WRTP降低工作性，Ve-Be时间系统增加，16%时增加约74%；密度随WRTP增加而降低；UPV下降但仍在“优秀”范围；2% WRTP时抗压和抗弯强度达到最高均值，超过2%后强度降低，抗弯强度比抗压强度更不敏感；劈裂抗拉强度在所有WRTP水平数值增加，但统计不显著；WRTP总体上降低毛细吸水，尤其是二次吸收；2% WRTP时吸水率和孔隙率最低，高WRTP时增加；静态弹性模量随WRTP增加而降低，但2%时仍与参考组相当；SEM/EDS观察与宏观趋势一致，高WRTP时界面空隙更明显；简化隐含碳评估中，40% GGBFS替代是碳减排主因，2% WRTP混合物隐含碳较纯水泥基线低33.1%，同时利用6.43 kg/m3废橡胶。总体而言，2% WRTP掺量在力学、物理和传输性能方面提供了最优整体平衡，90天抗压强度达37.79 MPa，满足RCC路面面层要求。该发现为基于GGBFS的WRTP改性RCC的工程应用提供了依据。
